Nanoscale Horizons封面上報(bào)道了一種新的雙層材料，每層的測(cè)量厚度小于1納米，有望引領(lǐng)更高效、多功能的光發(fā)射。堪薩斯大學(xué)超快激光實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過(guò)組合原子層的二硫化鉬、二硫化錸，成功創(chuàng)造了這種材料。

該論文的共同作者，堪薩斯大學(xué)的物理學(xué)和天文學(xué)副教授Hui Zhao說(shuō)：“整個(gè)研究的目標(biāo)是制造發(fā)光器件，例如只有幾納米厚的柔軟超薄LED，我們通過(guò)設(shè)計(jì)雙層材料得以實(shí)現(xiàn)。二硫化鉬、二硫化錸這兩種半導(dǎo)體材料吸光性能優(yōu)異，且非常柔軟，可以拉伸或壓縮。”

為了解釋這項(xiàng)技術(shù)，Zhao將新材料中的電子行為比作一個(gè)教室活動(dòng)。他說(shuō)道：“人們可以把材料想象成一個(gè)充滿學(xué)生的教室，實(shí)際上那是電子，每個(gè)座位上都有一個(gè)電子。坐在座位上，學(xué)生或電子不能自由移動(dòng)來(lái)導(dǎo)電。但是光能提供足夠的能量讓一些學(xué)生站起來(lái)，他們現(xiàn)在可以自由移動(dòng)，就像移動(dòng)的電子一樣形成電流，太陽(yáng)能的能量被捕獲并轉(zhuǎn)化為電能，這個(gè)過(guò)程是光伏設(shè)備工作的原理。”

堪薩斯大學(xué)的研究人員解釋道，光的發(fā)射涉及逆過(guò)程，當(dāng)一個(gè)站立的電子坐在一個(gè)座位上時(shí)，同時(shí)以光的形式釋放其動(dòng)能。Zhao還表示：“為了制造出一種好的發(fā)光器件材料，人們不僅需要攜帶能量的電子，而且還需要‘座位’——所謂的空穴，讓電子能夠坐下。”

此前的研究，包括Zhao在內(nèi)的幾個(gè)小組，已經(jīng)制備了各種不同類型的原子層堆疊的雙層材料。然而，在這些材料中，電子和“座位”存在于不同的原子層。

Zhao說(shuō)道：“因?yàn)殡娮硬荒茌p易找到座位，因此這些雙層材料的光發(fā)射效率非常低，比一個(gè)原子層低100倍以上。但在該新材料中，所有的電子和他們的座位將在原來(lái)的層，而不是分開(kāi)的層，光的發(fā)射會(huì)更強(qiáng)。”

Zhao和堪薩斯大學(xué)物理學(xué)研究生Samuel Lane、Frank Ceballos和Qiannan Cui以及內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的Ming Li和Xiao Cheng Zeng創(chuàng)建的新材料采用同樣的低技術(shù)含量的透明膠帶法，此法的創(chuàng)造者率先創(chuàng)建了單原子層材料石墨烯，并贏得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

Zhao解釋道：“在剝離材料時(shí)有一個(gè)竅門，你用透明膠帶從晶體上剝離一層，然后折疊幾次。所以當(dāng)你把膠帶與基板快速剝開(kāi)的時(shí)候，一些材料將被留在襯底上。在顯微鏡下，單原子層由于厚度不同會(huì)有不同的顏色，就像水上的油膜一樣。”

由論文的第一作者Bellus領(lǐng)導(dǎo)的堪薩斯大學(xué)超快激光實(shí)驗(yàn)室的研究人員完成最具挑戰(zhàn)性的一步：在二硫化錸上堆積二硫化鉬層，精度大于1微米。原子薄片之間是范德華相互作用，相同的力可使壁虎在光滑的窗玻璃上爬行。“范德華力對(duì)原子排布不是很敏感，因此人們可以使用這些原子層形成多層材料，就像原子積木一樣。”

樣品制作后，團(tuán)隊(duì)成員用超快激光觀察兩原子層間電子和空穴的運(yùn)動(dòng)，他們看到明確的證據(jù)顯示，電子和空位可以從二硫化鉬移動(dòng)到二硫化錸，而不是沿相反的方向。通過(guò)這種方式，證實(shí)了該團(tuán)隊(duì)Li和Zeng以前分析相關(guān)性能大約十幾個(gè)原子層的理論計(jì)算，以及二硫化鉬和二硫化錸形成的雙層有望作為L(zhǎng)ED的技術(shù)基礎(chǔ)的預(yù)言。